焊接結構學焊接結構力學特征及結構設計

1、知識要點知識要點掌握程度掌握程度相關內容相關內容焊接結構的特點、焊接結構的特點、類型類型熟悉焊接結構的優(yōu)點和熟悉焊接結構的優(yōu)點和不足，了解其分類方法，熟不足，了解其分類方法，熟悉其所涉及的力學性能悉其所涉及的力學性能焊接結構優(yōu)點、不足；按焊接結構優(yōu)點、不足；按用途、結構形式、制造方法用途、結構形式、制造方法分類；靜載力學性能、斷裂分類；靜載力學性能、斷裂性能、疲勞性能、應力腐蝕性能、疲勞性能、應力腐蝕性能、高溫力學性能性能、高溫力學性能焊接結構力學特焊接結構力學特征征了解三種類型焊接結構了解三種類型焊接結構的力學特征的力學特征桁架結構、板殼結構和實桁架結構、板殼結構和實體結構的力學特征體結構的

2、力學特征焊接結構設計焊接結構設計熟悉焊接結構設計的基熟悉焊接結構設計的基本特點、基本要求、基本方本特點、基本要求、基本方法和合理性分析；結合典型法和合理性分析；結合典型焊接結構實例分析，掌握焊焊接結構實例分析，掌握焊接接頭的設計要點接接頭的設計要點設計基本要求：以實用性設計基本要求：以實用性為核心，以可靠性為前提，為核心，以可靠性為前提，以工藝性和經濟性為制約條以工藝性和經濟性為制約條件。從實用性、可靠性、工件。從實用性、可靠性、工藝性和經濟性四方面進行焊藝性和經濟性四方面進行焊接結構設計的合理性分析接結構設計的合理性分析1/2532/253由于焊接結構的使用目的不同，所用的材由于焊接結構的使

3、用目的不同，所用的材料種類、結構形式、尺寸精度、焊接方法和焊料種類、結構形式、尺寸精度、焊接方法和焊接工藝也不相同，這就使得焊接結構種類頗多。接工藝也不相同，這就使得焊接結構種類頗多。但焊接結構的主要作用是一致的，但焊接結構的主要作用是一致的，那就是能夠那就是能夠長時間承受自身重量及外部載荷而保持其形狀長時間承受自身重量及外部載荷而保持其形狀和性能不變。和性能不變。本章只從大型焊接結構的角度考慮，討論本章只從大型焊接結構的角度考慮，討論焊接結構的特點、類型、力學特征和設計思路，焊接結構的特點、類型、力學特征和設計思路，進一步對典型焊接結構產品進行力學特征和焊進一步對典型焊接結構產品進行力學特征

4、和焊接接頭設計分析。接接頭設計分析。 3/2537.1 焊接結構的特點及分類焊接結構的特點及分類7.2 焊接結構力學特征焊接結構力學特征7.3 焊接結構設計焊接結構設計7.4 焊接結構實例分析焊接結構實例分析4/2537.1.1 焊接結構的特點焊接結構的特點 焊接結構的原材料多為經過軋制的板材焊接結構的原材料多為經過軋制的板材和各種斷面形狀的型材，這些材料的強度高、和各種斷面形狀的型材，這些材料的強度高、韌性好、易于加工，因此焊接結構工藝性能韌性好、易于加工，因此焊接結構工藝性能和力學性能都非常好，承受動載荷時的疲勞和力學性能都非常好，承受動載荷時的疲勞強度也令人滿意。強度也令人滿意。1. 焊

5、接結構的優(yōu)點焊接結構的優(yōu)點5/253 鉚接或栓接結構的接頭須預先在母材上鉆孔，鉚接或栓接結構的接頭須預先在母材上鉆孔，釘孔削弱了連接接頭的工作截面，連接接頭的強釘孔削弱了連接接頭的工作截面，連接接頭的強度只有母材強度的度只有母材強度的80%左右。左右。 現(xiàn)代焊接技術已經能夠使得焊接接頭強度等現(xiàn)代焊接技術已經能夠使得焊接接頭強度等于甚至高于母材的強度，也具有良好的疲勞性能于甚至高于母材的強度，也具有良好的疲勞性能和斷裂韌性。和斷裂韌性。多為多為或或，與鑄造和鍛造結構相比，當承受的載荷和工作條與鑄造和鍛造結構相比，當承受的載荷和工作條件相同時，焊接結構自重較輕、節(jié)省材料、所需件相同時，焊接結構自重

6、較輕、節(jié)省材料、所需截面較小，運輸和架設也較方便。截面較小，運輸和架設也較方便。6/253 軋制鋼板具有良好的塑性，在一般情況下，軋制鋼板具有良好的塑性，在一般情況下，不會因為局部超載造成突然斷裂破壞，而是事不會因為局部超載造成突然斷裂破壞，而是事先出現(xiàn)較大的變形預兆，以便采取補救措施。先出現(xiàn)較大的變形預兆，以便采取補救措施。軋制鋼板還具有良好的韌性，對作用在結構上軋制鋼板還具有良好的韌性，對作用在結構上的動載荷適應性強，為焊接結構的安全使用提的動載荷適應性強，為焊接結構的安全使用提供了可靠保證。供了可靠保證。焊接結構為一個整體，具有較大的抗變形焊接結構為一個整體，具有較大的抗變形7/253能

7、力，因此可以長期保持原有設計形狀不變。能力，因此可以長期保持原有設計形狀不變。但是這一優(yōu)點在結構失效時就變成了缺點，容但是這一優(yōu)點在結構失效時就變成了缺點，容易造成脆性斷裂和整體斷裂。易造成脆性斷裂和整體斷裂。 鋼板和型材的內部組織均勻，各個方向的鋼板和型材的內部組織均勻，各個方向的力學性能基本相同，在一定的應力范圍內，鋼力學性能基本相同，在一定的應力范圍內，鋼板和型材處于理想彈性狀態(tài)，與工程力學所采板和型材處于理想彈性狀態(tài)，與工程力學所采用的基本假定較吻合，故焊接結構承載能力計用的基本假定較吻合，故焊接結構承載能力計算結果準確可靠。算結果準確可靠。8/253 采用焊接方法連接容易做到緊密不滲

8、漏，采用焊接方法連接容易做到緊密不滲漏，密封性好，適用于制造各種容器，尤其是密封性好，適用于制造各種容器，尤其是。 此外，大型焊接結構適用于工廠制造、工此外，大型焊接結構適用于工廠制造、工地安裝的施工方法，結構部件形狀尺寸精度高，地安裝的施工方法，結構部件形狀尺寸精度高，鉚焊和栓焊結構共同存在，使焊接結構綜合力鉚焊和栓焊結構共同存在，使焊接結構綜合力學性能得到最大限度的發(fā)揮。學性能得到最大限度的發(fā)揮。 9/2532. 焊接結構的不足之處焊接結構的不足之處 經過經過的焊接熱循環(huán)作用，的焊接熱循環(huán)作用，使得焊接結構具有自身獨特的力學特點。使得焊接結構具有自身獨特的力學特點。10/253只有正確認識

9、并掌握了這些特點，做只有正確認識并掌握了這些特點，做到到和和，才能生產出綜合性能優(yōu)良的焊，才能生產出綜合性能優(yōu)良的焊接結構。接結構。11/2537.1.2 焊接結構的分類焊接結構的分類 焊接結構類型眾多，其分類方法也不盡焊接結構類型眾多，其分類方法也不盡相同，各分類方法之間也有交叉和重復現(xiàn)象。相同，各分類方法之間也有交叉和重復現(xiàn)象。即使同一焊接結構之中也有局部的不同結構即使同一焊接結構之中也有局部的不同結構形式，因此很難準確和清晰地對其進行分類。形式，因此很難準確和清晰地對其進行分類。 通常可以從通?？梢詮模ㄊ褂谜撸?、（使用者）、（設計者）和（設計者）和（生產者）來進行分（生產者）來進行分類，

10、見表類，見表7-1。 12/253分類方法分類方法結構類型結構類型焊接結構的代表產品焊接結構的代表產品主要受力載荷形式主要受力載荷形式按按分類分類運載工具運載工具汽車、火車、船舶、飛機、航天器等汽車、火車、船舶、飛機、航天器等靜載、交變載荷、沖擊載荷靜載、交變載荷、沖擊載荷存貯容器存貯容器氣罐、油罐、料倉等氣罐、油罐、料倉等靜載靜載壓力容器壓力容器鍋爐、鋼包、反應釜、冶煉爐、氣罐等鍋爐、鋼包、反應釜、冶煉爐、氣罐等靜載、熱疲勞載荷、高溫載荷靜載、熱疲勞載荷、高溫載荷起重設備起重設備建筑塔吊、車間行車、汽車吊等建筑塔吊、車間行車、汽車吊等靜載、低周疲勞載荷靜載、低周疲勞載荷建筑設施建筑設施橋梁、

11、鋼結構的房屋、廠房、場館等橋梁、鋼結構的房屋、廠房、場館等靜載、風雪載荷、低周疲勞載荷靜載、風雪載荷、低周疲勞載荷海洋設施海洋設施船舶、港口起重設備、海洋鉆井平臺等船舶、港口起重設備、海洋鉆井平臺等靜載、疲勞載荷、應力腐蝕靜載、疲勞載荷、應力腐蝕焊接機器焊接機器減速機、機床機身、旋轉體等減速機、機床機身、旋轉體等靜載、交變載荷靜載、交變載荷按按分類分類桁架結構桁架結構橋梁、網(wǎng)架結構等橋梁、網(wǎng)架結構等靜載、低周疲勞載荷、大氣腐蝕靜載、低周疲勞載荷、大氣腐蝕板殼結構板殼結構壓力容器、鍋爐、管道等壓力容器、鍋爐、管道等靜載、交變載荷、應力腐蝕靜載、交變載荷、應力腐蝕實體結構實體結構機床機身、機器、旋

12、轉體等機床機身、機器、旋轉體等靜載、交變載荷靜載、交變載荷按按分類分類鉚焊結構鉚焊結構小型機器結構等小型機器結構等靜載、交變載荷靜載、交變載荷栓焊結構栓焊結構橋梁、輕鋼結構等橋梁、輕鋼結構等靜載、風雪載荷、低周疲勞靜載、風雪載荷、低周疲勞鑄焊結構鑄焊結構機床機身等機床機身等靜載、交變載荷靜載、交變載荷鍛焊結構鍛焊結構機器零件、大型厚壁壓力容器等機器零件、大型厚壁壓力容器等靜載、交變載荷靜載、交變載荷全焊結構全焊結構起重設備、船舶、壓力容器等起重設備、船舶、壓力容器等靜載、交變載荷、應力腐蝕靜載、交變載荷、應力腐蝕表表7-1 焊接結構的類型焊接結構的類型13/253 從從考慮，主要按考慮，主要按

13、進行分類。這樣的分類方法不僅適合于專業(yè)進行分類。這樣的分類方法不僅適合于專業(yè)技術人員，也適合于普通人員，可以使使用者技術人員，也適合于普通人員，可以使使用者清晰地了解焊接結構的形狀尺寸、功能作用、清晰地了解焊接結構的形狀尺寸、功能作用、承受載荷類型以及對焊接結構的要求，有利于承受載荷類型以及對焊接結構的要求，有利于所用材料的選擇和結構設計。所用材料的選擇和結構設計。 例如，提起交通運載工具，人們自然想到例如，提起交通運載工具，人們自然想到的是輕質、高速、安全、能耗等問題。這也是的是輕質、高速、安全、能耗等問題。這也是焊接結構設計者和制造者首先考慮的分類方法。焊接結構設計者和制造者首先考慮的分類

14、方法。14/253 從從考慮，主要按考慮，主要按進行分類。這樣的分類方法主要適用于專業(yè)進行分類。這樣的分類方法主要適用于專業(yè)技術人員，有利于設計人員進行受力分析、結技術人員，有利于設計人員進行受力分析、結構設計、材料選擇。構設計、材料選擇。 主要結構形式有主要結構形式有、和和三種形式，其具體選擇依賴于焊接結構三種形式，其具體選擇依賴于焊接結構的用途、承受載荷的能力和自身重量等。如板的用途、承受載荷的能力和自身重量等。如板殼結構比桁架結構的承載能力大，而實體結構殼結構比桁架結構的承載能力大，而實體結構主要用于機器和機床機身等結構。主要用于機器和機床機身等結構。15/253 從從考慮，主要按考慮，

15、主要按進行分類。這樣的分類方法主要適進行分類。這樣的分類方法主要適用于制造工藝人員，要從焊接結構的使用性用于制造工藝人員，要從焊接結構的使用性能、形狀大小、生產規(guī)模、制造成本以及材能、形狀大小、生產規(guī)模、制造成本以及材料的加工工藝性能等方面考慮，以便在保證料的加工工藝性能等方面考慮，以便在保證滿足使用性能的要求下，提高生產效率，降滿足使用性能的要求下，提高生產效率，降低制造成本。低制造成本。 例如，橋梁多為栓焊結構，其梁柱構件例如，橋梁多為栓焊結構，其梁柱構件均在工廠內采用焊接方法制造，在工地現(xiàn)場均在工廠內采用焊接方法制造，在工地現(xiàn)場只進行螺栓聯(lián)接。只進行螺栓聯(lián)接。16/253 和和是指鑄造或

16、鍛造部是指鑄造或鍛造部件通過焊接形成尺寸更大，不能一次鑄造和件通過焊接形成尺寸更大，不能一次鑄造和鍛造的結構，這些方法在大型厚壁重型結構鍛造的結構，這些方法在大型厚壁重型結構中得到應用。中得到應用。 隨著焊接技術水平的不斷提高，隨著焊接技術水平的不斷提高，得到了快速發(fā)展，如船舶、壓力容器得到了快速發(fā)展，如船舶、壓力容器和起重設備等等。和起重設備等等。17/2537.1.3 焊接結構涉及的力學性能焊接結構涉及的力學性能 在在、和和的作用下，焊接結構應具有保持其自的作用下，焊接結構應具有保持其自身形狀不變的能力，即具有身形狀不變的能力，即具有和和的能力，因此焊接結構必須具有滿足使的能力，因此焊接結

17、構必須具有滿足使用要求的力學性能。用要求的力學性能。 主要考慮的力學性能見表主要考慮的力學性能見表7-2。 18/253力學性能力學性能具體指標具體指標涉及的焊接結構或部件涉及的焊接結構或部件主要試驗方法主要試驗方法一般靜載一般靜載力學性能力學性能屈服強度屈服強度所有焊接結構所有焊接結構拉伸試驗拉伸試驗拉伸強度拉伸強度所有焊接結構所有焊接結構拉伸試驗拉伸試驗臨界失穩(wěn)壓應力臨界失穩(wěn)壓應力承受壓力的支柱、薄板結構承受壓力的支柱、薄板結構失穩(wěn)試驗失穩(wěn)試驗硬度硬度焊接接頭焊接接頭硬度試驗硬度試驗剛度剛度梁、機床機身梁、機床機身拉伸試驗拉伸試驗抗彎剛度抗彎剛度梁、板殼結構梁、板殼結構彎曲試驗彎曲試驗抗扭

18、剛度抗扭剛度梁、柱結構梁、柱結構扭曲試驗扭曲試驗斷裂斷裂力學力學性能性能缺口韌度缺口韌度所有焊接結構，尤其是低溫結構所有焊接結構，尤其是低溫結構缺口沖擊試驗缺口沖擊試驗斷裂韌度斷裂韌度厚板和重要焊接結構、低溫結構厚板和重要焊接結構、低溫結構斷裂韌性試驗斷裂韌性試驗表表7-2 焊接結構涉及的力學性能焊接結構涉及的力學性能（接下頁）（接下頁）19/253疲勞疲勞力學力學性能性能疲勞強度疲勞強度承受交變載荷的焊接結構承受交變載荷的焊接結構疲勞試驗疲勞試驗裂紋擴展速率裂紋擴展速率承受交變載荷的焊接結構承受交變載荷的焊接結構疲勞裂紋擴展試驗疲勞裂紋擴展試驗應力腐蝕應力腐蝕性能性能應力腐蝕門檻值應力腐蝕門

19、檻值腐蝕環(huán)境下的焊接結構腐蝕環(huán)境下的焊接結構應力腐蝕試驗應力腐蝕試驗應力腐蝕裂紋擴應力腐蝕裂紋擴展速率展速率腐蝕環(huán)境下的焊接結構腐蝕環(huán)境下的焊接結構應力腐蝕試驗應力腐蝕試驗高溫高溫力學力學性能性能蠕變強度蠕變強度高溫焊接結構，如電站鍋爐高溫焊接結構，如電站鍋爐蠕變試驗蠕變試驗蠕變速率蠕變速率高溫焊接結構，如電站鍋爐高溫焊接結構，如電站鍋爐蠕變試驗蠕變試驗蠕變持久強度蠕變持久強度高溫焊接結構，如電站鍋爐高溫焊接結構，如電站鍋爐蠕變持久強度試驗蠕變持久強度試驗蠕變裂紋擴展蠕變裂紋擴展速率速率高溫焊接結構，如電站鍋爐高溫焊接結構，如電站鍋爐蠕變裂紋擴展速率蠕變裂紋擴展速率試驗試驗（續(xù)上頁）（續(xù)上頁）

20、20/2537.2.1 桁架結構及其力學特征桁架結構及其力學特征可容納可容納6萬觀眾的沈陽奧體中心鋼結構工程萬觀眾的沈陽奧體中心鋼結構工程主拱全長主拱全長360米，為全國最大的米，為全國最大的沈沈陽陽奧奧體體中中心心21/253神舟飛船發(fā)射塔架（神舟飛船發(fā)射塔架（100100多米高）多米高）22/2531. 桁架結構及適用范圍桁架結構及適用范圍 又稱為桿系結構，是指由長度遠大又稱為桿系結構，是指由長度遠大于其寬度和厚度的桿件在節(jié)點處通過焊接工藝相于其寬度和厚度的桿件在節(jié)點處通過焊接工藝相互連接組成能夠承受橫向彎曲的結構，其桿件按互連接組成能夠承受橫向彎曲的結構，其桿件按照一定的規(guī)律組成幾何不變

21、結構。照一定的規(guī)律組成幾何不變結構。 焊接桁架結構廣泛應用于建筑、橋梁、起重焊接桁架結構廣泛應用于建筑、橋梁、起重機、高壓輸電線路和廣播電視發(fā)射塔架等，如圖機、高壓輸電線路和廣播電視發(fā)射塔架等，如圖7-1所示。所示。的不同，又可分為的不同，又可分為(圖圖7-1c)、(圖圖7-1a)和和(圖圖7-1b,d,e)。23/253圖圖7-1 基于用途的桁架種類基于用途的桁架種類a) 屋蓋桁架屋蓋桁架 b) 橋梁桁架橋梁桁架 c) 拱形橋梁桁架拱形橋梁桁架 d) 龍門起重機桁龍門起重機桁 e) 懸吊組合橋桁架懸吊組合橋桁架24/253 是一種高次超靜定的空間桿系結是一種高次超靜定的空間桿系結構（圖構（圖

22、7-2）。其空間剛度大、整體性強、穩(wěn)定）。其空間剛度大、整體性強、穩(wěn)定性強和安全度高，具有良好的抗震性能和較好性強和安全度高，具有良好的抗震性能和較好的建筑造型效果，同時兼有重量輕、省材料、的建筑造型效果，同時兼有重量輕、省材料、制作安裝方便等優(yōu)點，是一種適用于大、中跨制作安裝方便等優(yōu)點，是一種適用于大、中跨度屋蓋體系的結構形式。網(wǎng)架結構度屋蓋體系的結構形式。網(wǎng)架結構可分可分為為(簡稱網(wǎng)架，見圖簡稱網(wǎng)架，見圖7-2a)和和(簡稱網(wǎng)殼，見圖簡稱網(wǎng)殼，見圖7-2b,c)。網(wǎng)架可布置成雙層或。網(wǎng)架可布置成雙層或三層，雙層網(wǎng)架是最常用的一種網(wǎng)架形式。三層，雙層網(wǎng)架是最常用的一種網(wǎng)架形式。 25/253

23、圖圖7-2 網(wǎng)架網(wǎng)架結構結構a) 平面網(wǎng)架平面網(wǎng)架 b) 球冠形網(wǎng)殼球冠形網(wǎng)殼 c) 曲面網(wǎng)殼曲面網(wǎng)殼1-內天溝內天溝 2-墻架墻架 3-輕質條形墻板輕質條形墻板 4-網(wǎng)架板網(wǎng)架板 5-懸掛吊車懸掛吊車 6-混凝土柱混凝土柱 7-坡度小立柱坡度小立柱 8-網(wǎng)架網(wǎng)架 26/253附圖附圖1 曲面網(wǎng)架鋼結構曲面網(wǎng)架鋼結構 與弧形網(wǎng)架類似，但曲面網(wǎng)架的空間構造更與弧形網(wǎng)架類似，但曲面網(wǎng)架的空間構造更富有變化，也更復雜，由多個平面內的弧線或曲富有變化，也更復雜，由多個平面內的弧線或曲線構成的一個曲面，形成層次更豐富的外觀造型。線構成的一個曲面，形成層次更豐富的外觀造型。27/253 球型鋼網(wǎng)殼見球型鋼

24、網(wǎng)殼見附圖附圖1，建筑直徑，建筑直徑21m，建，建筑高度為筑高度為20.5m，基本是整球，支座落地，球，基本是整球，支座落地，球殼通過殼通過20個支點（每個支點設垂直和徑向兩個支點（每個支點設垂直和徑向兩個支座）支撐在直徑個支座）支撐在直徑10米的鋼筋混凝土圓柱米的鋼筋混凝土圓柱上。支座高度為上。支座高度為20cm，因此球殼底邊直徑為，因此球殼底邊直徑為10.4m。球殼周邊為寬。球殼周邊為寬18m，深，深1m的環(huán)形水的環(huán)形水面，人通過球殼東西兩側水面下的兩條通道面，人通過球殼東西兩側水面下的兩條通道進入球殼內部，通道兩側設有輔助用房。進入球殼內部，通道兩側設有輔助用房。28/253 球殼內部通

25、過球殼內部通過10m直徑的鋼筋混凝土圓筒直徑的鋼筋混凝土圓筒（厚度為（厚度為0.3m）建兩層設備層，一層在地下，一）建兩層設備層，一層在地下，一層在地上，在層在地上，在3.2m標高處鋼筋混凝土圓筒延與水標高處鋼筋混凝土圓筒延與水平面成平面成750角逐漸增大。上部設兩層房屋，一層角逐漸增大。上部設兩層房屋，一層建筑面積為建筑面積為70m2，二層建筑面積為，二層建筑面積為98m2，屋頂，屋頂平臺建筑面積為平臺建筑面積為138m2，在房屋外側設旋轉樓梯，在房屋外側設旋轉樓梯可上到屋頂平臺，平臺周邊設防護欄，在平臺上可上到屋頂平臺，平臺周邊設防護欄，在平臺上可進行觀光及聯(lián)歡活動。在上半球設有活動馬道，

26、可進行觀光及聯(lián)歡活動。在上半球設有活動馬道，馬道上端有旋轉平臺，人可以通過平臺的爬梯及馬道上端有旋轉平臺，人可以通過平臺的爬梯及電動頂窗到球頂進行檢修及維護。電動頂窗到球頂進行檢修及維護。29/253附圖附圖2 大興西紅門直徑大興西紅門直徑21m短程線網(wǎng)殼設計短程線網(wǎng)殼設計 30/2532. 桁架結構組成及桿件截面形狀桁架結構組成及桿件截面形狀 桁架結構由桁架結構由、和和三部分組三部分組成。成。 桁架結構中常用的型材有工字鋼、桁架結構中常用的型材有工字鋼、T型鋼、管型鋼、管材、角鋼、槽鋼、冷彎薄型材、熱軋中薄板以及冷材、角鋼、槽鋼、冷彎薄型材、熱軋中薄板以及冷軋板等。軋板等。 圖圖7-3給出了

27、常用上弦桿的截面形式。給出了常用上弦桿的截面形式。（如圖（如圖7-3d,e）。）。31/253圖圖7-3 常用上弦桿的截面形式常用上弦桿的截面形式a) 角鋼角鋼 b) 雙角鋼雙角鋼 c) 角鋼組焊的箱形角鋼組焊的箱形 d) T形形 e) 槽鋼組焊的槽鋼組焊的T形形 f) 槽鋼組焊的箱形槽鋼組焊的箱形 g) 箱形箱形 h) 工字形工字形32/253 圖圖7-4給出了常用的下弦桿的截面形式，給出了常用的下弦桿的截面形式，結構相對簡單。，結構相對簡單。 可以看出，桁架結構中上、下弦桿截面形式可以看出，桁架結構中上、下弦桿截面形式基本相同，只是考慮到受力情況不同，主受力板基本相同，只是考慮到受力情況不

28、同，主受力板位置有所變化。一般情況下，位置有所變化。一般情況下，。腹桿截面形式與上、下弦桿截。腹桿截面形式與上、下弦桿截面形式也基本相同，腹桿主要承受軸心拉力或軸面形式也基本相同，腹桿主要承受軸心拉力或軸心壓力，所以心壓力，所以33/253圖圖7-4 常用下弦桿的截面形式常用下弦桿的截面形式a) 角鋼角鋼 b) 雙角鋼雙角鋼 c) T形形 d) 槽鋼組焊的箱形槽鋼組焊的箱形 e) 槽鋼組焊的箱形槽鋼組焊的箱形 f) 箱形箱形 g) 工字形工字形34/2533. 桁架結構的焊接節(jié)點形式桁架結構的焊接節(jié)點形式 焊接節(jié)點是指用焊接方法將各個不同方焊接節(jié)點是指用焊接方法將各個不同方向的型材組合成整體并

29、承受應力的結構。圖向的型材組合成整體并承受應力的結構。圖7-5a,b,c給出三種將型材直接焊接在一起的節(jié)給出三種將型材直接焊接在一起的節(jié)點，這些焊接節(jié)點雖然具有強度高、節(jié)省材點，這些焊接節(jié)點雖然具有強度高、節(jié)省材料、重量輕和結構緊湊等優(yōu)點，但焊接節(jié)點料、重量輕和結構緊湊等優(yōu)點，但焊接節(jié)點處焊縫密集，焊后殘余應力高，應力復雜，處焊縫密集，焊后殘余應力高，應力復雜，容易產生嚴重的應力集中。容易產生嚴重的應力集中。35/253 如果結構承受的是如果結構承受的是，則焊接節(jié)點，則焊接節(jié)點應盡量采用應盡量采用。管材焊接節(jié)點相貫較。管材焊接節(jié)點相貫較多，制造比較困難，可采用插入多，制造比較困難，可采用插入(

30、見圖見圖7-5d)或部分插入連接板或部分插入連接板(見圖見圖7-5e)。目前多用。目前多用，即將各個方向的管材焊在一個空，即將各個方向的管材焊在一個空心鋼球上，結構強度高，受力合理心鋼球上，結構強度高，受力合理(見圖見圖7-5f) 。36/253圖圖7-5 桁架結構的焊接節(jié)點形式桁架結構的焊接節(jié)點形式a) 工字鋼或工字鋼或T型鋼節(jié)點型鋼節(jié)點 b) 角鋼桁架節(jié)點角鋼桁架節(jié)點c) 管材節(jié)點管材節(jié)點 d) 插入連接板插入連接板 e) 部分插入連接板部分插入連接板 f) 球形節(jié)點球形節(jié)點37/2534. 桁架結構的力學特征桁架結構的力學特征 桁架結構桿件承受有桁架結構桿件承受有、和和四種載荷，而大部分

31、桿件只承四種載荷，而大部分桿件只承受軸心力的作用，其受力合理、自重輕、材料受軸心力的作用，其受力合理、自重輕、材料利用率高。利用率高。應盡量避免非節(jié)點載荷引起受壓應盡量避免非節(jié)點載荷引起受壓弦桿局部彎曲，盡量使長腹桿受拉，短腹桿受弦桿局部彎曲，盡量使長腹桿受拉，短腹桿受壓，腹桿數(shù)量宜少，總長度要短，節(jié)點構造要壓，腹桿數(shù)量宜少，總長度要短，節(jié)點構造要簡單合理。外形輪廓越接近外載荷引起的彎矩簡單合理。外形輪廓越接近外載荷引起的彎矩圖形，其弦桿受力越為合理圖形，其弦桿受力越為合理。38/253 桁架形式的確定一般與桁架形式的確定一般與、有關。焊接桁架的設有關。焊接桁架的設計應滿足計應滿足、和和的要求

32、。一般桁架的要求。一般桁架的剛度多由桁架的高跨比控制，桁架結構的承載的剛度多由桁架的高跨比控制，桁架結構的承載力主要靠各組成桿件的強度和穩(wěn)定性以及節(jié)點的力主要靠各組成桿件的強度和穩(wěn)定性以及節(jié)點的強度來保證，桁架的整體穩(wěn)定性通過合理的布置強度來保證，桁架的整體穩(wěn)定性通過合理的布置支撐體系或橫向聯(lián)系結構來取得。支撐體系或橫向聯(lián)系結構來取得。 桁架結構中桁架結構中比較簡單，只需確比較簡單，只需確定焊縫有效截面后，按照承受拉力和或壓力計算定焊縫有效截面后，按照承受拉力和或壓力計算公式，求出最大應力，滿足許用應力的要求即可。公式，求出最大應力，滿足許用應力的要求即可。39/2537.2.2 板殼結構及其

33、力學特征板殼結構及其力學特征a) 壓力容器壓力容器b) 飛機殼體飛機殼體c) 汽車起重機汽車起重機d) 門式起重機門式起重機40/253世界上最大的客機波音世界上最大的客機波音747 （416人）、空客人）、空客A380（840人）人）41/253波音波音747-400空客空客A380翼展翼展64.4米米79.8米米機長機長70.6米米73.0米米高高24.1米米最高載客量最高載客量416人人840人人最大商載最大商載65噸噸150噸噸起飛總重起飛總重362395噸噸最大航程最大航程13570公里公里貨位體積貨位體積1132立方米立方米空客空客A380比波音比波音747客機面積多出客機面積多出

34、40以上。以上。42/2531. 板殼結構分類及適用范圍板殼結構分類及適用范圍 板殼結構是由板材焊接而成的剛性立體板殼結構是由板材焊接而成的剛性立體結構，鋼板的厚度遠小于其它兩個方向的尺結構，鋼板的厚度遠小于其它兩個方向的尺寸，所以板殼結構又稱寸，所以板殼結構又稱薄壁結構薄壁結構。 （1）按照）按照分類，板分類，板殼結構又分為殼結構又分為和和，薄板結，薄板結構是中面為平面，薄殼結構是中面為曲面。構是中面為平面，薄殼結構是中面為曲面。43/253 （2）按照按照分類，板殼結構可分為分類，板殼結構可分為儲氣儲氣罐罐、儲液罐儲液罐、鍋爐壓力鍋爐壓力容器等要求密閉的容器，容器等要求密閉的容器，大直徑高

35、壓輸油管道、輸氣管道等，冶煉用的大直徑高壓輸油管道、輸氣管道等，冶煉用的高爐爐殼，交通運載工具的輪船船體、飛機艙高爐爐殼，交通運載工具的輪船船體、飛機艙體、客車車體等等。另外還有以鋼板形式為主體、客車車體等等。另外還有以鋼板形式為主要制造原材料的箱體結構也屬于板殼結構，如要制造原材料的箱體結構也屬于板殼結構，如汽車起重機箱形伸縮臂架、轉臺、車架、支腿，汽車起重機箱形伸縮臂架、轉臺、車架、支腿，挖掘機的動臂、斗桿、鏟斗，門式起重機的主挖掘機的動臂、斗桿、鏟斗，門式起重機的主梁、剛性支腿、撓性支腿等。梁、剛性支腿、撓性支腿等。44/253 （3）按照按照分類，板殼結構可分分類，板殼結構可分、等。等

36、。 （4）按照按照分類，板殼結構可分類，板殼結構可分分、和和等。等。45/2532. 板殼結構的基本形式板殼結構的基本形式 單壁結構只由一層鋼板拼接而成，承受拉單壁結構只由一層鋼板拼接而成，承受拉伸應力的能力較強，而承受壓縮應力的能力較弱。伸應力的能力較強，而承受壓縮應力的能力較弱。對于有密封要求的壓力容器，為了避免較大應力對于有密封要求的壓力容器，為了避免較大應力集中的作用，主體結構往往采用單壁結構，其連集中的作用，主體結構往往采用單壁結構，其連接處均采用對接接頭。接處均采用對接接頭。 為了提高板殼承受彎曲應力、扭曲應力和壓為了提高板殼承受彎曲應力、扭曲應力和壓縮應力的能力，提高結構剛度和穩(wěn)

37、定性，往往在縮應力的能力，提高結構剛度和穩(wěn)定性，往往在46/253結構鋼板的內側加裝有肋板支撐，形成板架結構結構鋼板的內側加裝有肋板支撐，形成板架結構（圖（圖7-6a），其骨架多為），其骨架多為T形截面梁（圖形截面梁（圖7-6b）。）。板架結構可以承受多種類型的復雜載荷。板架結構可以承受多種類型的復雜載荷。圖圖7-6 板殼結構的骨架形式板殼結構的骨架形式a) 板架結構板架結構 b) 骨架形式骨架形式a)b)47/253箱型板殼結構主要是以板材經過冷或熱箱型板殼結構主要是以板材經過冷或熱加工后形成截面為方形、長方形、圓形，具加工后形成截面為方形、長方形、圓形，具有縱向焊縫的結構形式，也可以采用型

38、材焊有縱向焊縫的結構形式，也可以采用型材焊接而成，其抗彎能力和穩(wěn)定性較強。在較大接而成，其抗彎能力和穩(wěn)定性較強。在較大尺寸和特殊情況下，內部也可以加焊肋板以尺寸和特殊情況下，內部也可以加焊肋板以進一步提高其抗彎能力。進一步提高其抗彎能力。48/2533. 板殼結構的力學特征板殼結構的力學特征 板殼結構具有優(yōu)異的綜合力學特征，板殼結構具有優(yōu)異的綜合力學特征，能夠承受多方向的能夠承受多方向的拉、壓、彎、扭拉、壓、彎、扭等形式等形式的靜載、動載和疲勞載荷，具有較強的形的靜載、動載和疲勞載荷，具有較強的形狀穩(wěn)定性和抗變形能力。板殼結構類型不狀穩(wěn)定性和抗變形能力。板殼結構類型不同，其力學特征也不盡相同。

39、同，其力學特征也不盡相同。49/253 主要以主要以為主，承受較大的內部為主，承受較大的內部壓力。在殼體壁板上形成壓力。在殼體壁板上形成的的多種應力，如：內部壓力引起的多種應力，如：內部壓力引起的、附加載荷引起的附加載荷引起的、幾何形狀不連續(xù)、幾何形狀不連續(xù)引起的引起的、溫度差引起的、溫度差引起的和焊接過程引起的和焊接過程引起的。這些拉伸應。這些拉伸應力有可能使得局部應力達到材料的屈服強度力有可能使得局部應力達到材料的屈服強度和斷裂韌性指標，造成變形和斷裂。和斷裂韌性指標，造成變形和斷裂。50/253 典型的板殼焊接結構形式，為了減輕自典型的板殼焊接結構形式，為了減輕自身的重量，往往采用薄板制

40、造。梁柱的截面形身的重量，往往采用薄板制造。梁柱的截面形狀大多數(shù)為箱形、工字形、圓形、狀大多數(shù)為箱形、工字形、圓形、T T形等。形等。 。梁橫截面上存在。梁橫截面上存在和和兩種應力，兩種應力，一般情況下，正應力是支配梁強度計算的主要一般情況下，正應力是支配梁強度計算的主要因素，只有在某些特殊情況下，才需進行切應因素，只有在某些特殊情況下，才需進行切應力強度校核。力強度校核。51/253 在橫向彎矩應力的作用下，橫截面上的在橫向彎矩應力的作用下，橫截面上的正應力由下列公式計算：正應力由下列公式計算：zIMy（7-1） 式中，式中，為橫截面上任意點處的正應力；為橫截面上任意點處的正應力；M為橫截面

41、上的彎矩；為橫截面上的彎矩；y為橫截面上任一點的為橫截面上任一點的縱坐標；縱坐標； 為橫截面對水平中性軸為橫截面對水平中性軸z的慣性矩。的慣性矩。zI52/253 由式由式(7-1)可知，橫截面上的正應力沿截可知，橫截面上的正應力沿截面高度方向呈線性分布，在中性軸處的正應面高度方向呈線性分布，在中性軸處的正應力為零，中性軸的上、下兩側截面分別受拉力為零，中性軸的上、下兩側截面分別受拉和受壓，在上、下邊緣處的正應力最大。和受壓，在上、下邊緣處的正應力最大。 這些這些一般都遠小于薄板的拉伸一般都遠小于薄板的拉伸強度，不會使板材產生拉伸屈服或斷裂，而強度，不會使板材產生拉伸屈服或斷裂，而有利的作用是

42、使薄板更加平整和美觀。有利的作用是使薄板更加平整和美觀。53/253 但但卻會給薄板帶來穩(wěn)定性的問題，卻會給薄板帶來穩(wěn)定性的問題，如果薄板構件所受軸向壓應力小于臨界失穩(wěn)壓如果薄板構件所受軸向壓應力小于臨界失穩(wěn)壓應力，即應力，即acr，則可以認為薄板構件不會發(fā)，則可以認為薄板構件不會發(fā)生生，反之則薄板結構將發(fā)生失穩(wěn)。輕，反之則薄板結構將發(fā)生失穩(wěn)。輕者引起板材變形，重者導致薄板結構的失效。者引起板材變形，重者導致薄板結構的失效。 主要承受主要承受和和，應力是兩者產生的應力之和。細，應力是兩者產生的應力之和。細長壓桿的承載能力并不取決于軸向抗壓強度，長壓桿的承載能力并不取決于軸向抗壓強度，而取決于受

43、壓時是否能保持直線形態(tài)的平衡而取決于受壓時是否能保持直線形態(tài)的平衡。54/253 若將外加壓力考慮成與軸線重合的理想若將外加壓力考慮成與軸線重合的理想長柱力學模型，則將長柱由直線穩(wěn)定平衡轉長柱力學模型，則將長柱由直線穩(wěn)定平衡轉化為不平衡時所受到的軸向壓力的極限值稱化為不平衡時所受到的軸向壓力的極限值稱為臨界壓力：為臨界壓力：22Ecr(7-2) 式中，式中，稱為壓桿的柔度或長細比，反稱為壓桿的柔度或長細比，反應桿端約束情況、壓桿長度、截面形狀和尺應桿端約束情況、壓桿長度、截面形狀和尺寸等因素對臨界失穩(wěn)壓應力的綜合影響。寸等因素對臨界失穩(wěn)壓應力的綜合影響。55/253 板材所具有的臨界失穩(wěn)壓應力

44、為：板材所具有的臨界失穩(wěn)壓應力為：2)(BKcr（7-3） 式中，式中，為板厚；為板厚；B為板寬；為板寬；K為與拘束情為與拘束情況有關的系數(shù)。況有關的系數(shù)。56/253 可見可見。設計薄板結構最重要的問題是要保證。設計薄板結構最重要的問題是要保證其局部穩(wěn)定性，其局部穩(wěn)定性，：57/2537.2.3 實體結構及其力學特征實體結構及其力學特征a) 減速器箱體減速器箱體b) 水輪機轉輪水輪機轉輪c) 齒輪齒輪d) 機車用柴油機機身機車用柴油機機身58/2531. 實體結構分類及適用范圍實體結構分類及適用范圍 又稱為實腹式結構，其截面部分是連續(xù)的，一又稱為實腹式結構，其截面部分是連續(xù)的，一般由軋制型鋼

45、制成，常采用角鋼、工字鋼、般由軋制型鋼制成，常采用角鋼、工字鋼、T形鋼、形鋼、圓鋼管、方形鋼管等。圓鋼管、方形鋼管等。構件受力較大時，可用軋制型構件受力較大時，可用軋制型鋼或鋼板焊接成工字形、圓管形、箱形等組合截面。鋼或鋼板焊接成工字形、圓管形、箱形等組合截面。 。在焊接結構產。在焊接結構產品中，實體結構主要應用于各種機器的機身和旋轉構品中，實體結構主要應用于各種機器的機身和旋轉構件，如機床機身、鍛壓機械梁柱、減速器箱體、柴油件，如機床機身、鍛壓機械梁柱、減速器箱體、柴油機機身、齒輪、滑輪、皮帶輪、飛輪、鼓筒、發(fā)電機機機身、齒輪、滑輪、皮帶輪、飛輪、鼓筒、發(fā)電機轉子支架、汽輪機轉子和水輪機工作

46、輪等。轉子支架、汽輪機轉子和水輪機工作輪等。 59/2532. 實體結構的基本形式實體結構的基本形式 實體結構的主體形式是實體結構的主體形式是，其斷面形，其斷面形狀為規(guī)則或不規(guī)則的三邊形、四邊形或多邊形，狀為規(guī)則或不規(guī)則的三邊形、四邊形或多邊形，也具有圓形結構。也具有圓形結構。 是是，其結構是由與主軸垂直和平行的許多鋼板焊接而其結構是由與主軸垂直和平行的許多鋼板焊接而成。與主軸平行的板狀元件有水平板、中側板、成。與主軸平行的板狀元件有水平板、中側板、支承板、內側板和外側板，這些縱向的鋼板貫穿支承板、內側板和外側板，這些縱向的鋼板貫穿整個機身長度，內側板、中側板和外側板上端和整個機身長度，內側板

47、、中側板和外側板上端和頂板焊在一起，下端和主軸承座焊在一起。與主頂板焊在一起，下端和主軸承座焊在一起。與主60/253 機車用柴油機機身機車用柴油機機身61/253軸垂直的鋼板下端與主軸承座焊在一起，上端與軸垂直的鋼板下端與主軸承座焊在一起，上端與左右頂板焊在一起。這些縱橫交錯的板材形成了左右頂板焊在一起。這些縱橫交錯的板材形成了大小不一、形狀各異的箱格結構。大小不一、形狀各異的箱格結構。 實體結構焊接接頭形狀多樣，常有實體結構焊接接頭形狀多樣，常有和和，采用，采用。實體結構壁厚變。實體結構壁厚變化較大，不同厚度板材的對接接頭，在厚板上采化較大，不同厚度板材的對接接頭，在厚板上采取平緩過渡措施

48、。由于實體結構中各部位的力學取平緩過渡措施。由于實體結構中各部位的力學性能要求不一樣，常常采用鑄造或鍛造部件，因性能要求不一樣，常常采用鑄造或鍛造部件，因此此。62/2533. 實體結構的力學特征實體結構的力學特征 實體結構多為機器部件，受力復雜。由實體結構多為機器部件，受力復雜。由于承受負載重量、運動部件之間的作用力和于承受負載重量、運動部件之間的作用力和運動時產生的慣性力，尤其部件之間的作用運動時產生的慣性力，尤其部件之間的作用力往往是高周或低周循環(huán)的交變載荷，因此力往往是高周或低周循環(huán)的交變載荷，因此實體結構要具有實體結構要具有和和。實體結構也必須有實體結構也必須有，以保證機器，以保證機

49、器運行時，在承受各種作用力的情況下不致發(fā)運行時，在承受各種作用力的情況下不致發(fā)生不可接受的變形。生不可接受的變形。63/253 實體結構中的焊縫數(shù)量較多，且分布集中，不實體結構中的焊縫數(shù)量較多，且分布集中，不可避免存有嚴重的可避免存有嚴重的，這對結構尺寸的，這對結構尺寸的穩(wěn)定性有較大的影響，尤其是切削機床的機身要求穩(wěn)定性有較大的影響，尤其是切削機床的機身要求尺寸穩(wěn)定性更高，所以這類焊接機身必須在尺寸穩(wěn)定性更高，所以這類焊接機身必須在。 實體結構的板材或型材厚度比較大，對實體結構的板材或型材厚度比較大，對，一般采用韌性比較高的低碳鋼和，一般采用韌性比較高的低碳鋼和低合金高強鋼材料。采用對接接頭和

50、全焊透的低合金高強鋼材料。采用對接接頭和全焊透的T形形接頭，承受各種拉、壓、剪切、彎矩力的作用。接頭，承受各種拉、壓、剪切、彎矩力的作用。 。64/253 當金屬結構采用焊接方法制造時，必須做該當金屬結構采用焊接方法制造時，必須做該產品的焊接設計。產品的焊接設計。包括包括、等，每一設計等，每一設計都有其詳細的具體內容。都有其詳細的具體內容。 焊接結構設計是焊接產品設計的中心內容，焊接結構設計是焊接產品設計的中心內容，是在全面考慮了焊接接頭靜載力學性能、焊接變是在全面考慮了焊接接頭靜載力學性能、焊接變形與應力、焊接結構斷裂性能、疲勞性能、應力形與應力、焊接結構斷裂性能、疲勞性能、應力腐蝕破壞、高

51、溫性能和焊接結構力學特征等特點腐蝕破壞、高溫性能和焊接結構力學特征等特點的基礎上進行的。的基礎上進行的。65/2537.3.1 焊接結構的設計方法焊接結構的設計方法1. 焊接結構設計的基本特點焊接結構設計的基本特點 只要只要具有足夠操作空間的金屬結構，都可以采用焊具有足夠操作空間的金屬結構，都可以采用焊接結構。接結構。 任何任何大型的金屬結構，只要在起重和運輸條件允許大型的金屬結構，只要在起重和運輸條件允許的尺寸范圍，就可以把它劃分成若干部件分別的尺寸范圍，就可以把它劃分成若干部件分別制造，然后吊運到現(xiàn)場組裝焊接成整體。制造，然后吊運到現(xiàn)場組裝焊接成整體。66/253 被焊接被焊接的兩構件的材

52、料厚度，可厚可薄，厚與薄相的兩構件的材料厚度，可厚可薄，厚與薄相差很大的兩構件也能互相焊接。差很大的兩構件也能互相焊接。 在在同一個結構上，可以按實際需要在不同部位同一個結構上，可以按實際需要在不同部位配置不同性能的金屬材料，做到物盡其用，配置不同性能的金屬材料，做到物盡其用，如復合齒輪等。如復合齒輪等。67/253 這些軋制型材可以是標準的，也可這些軋制型材可以是標準的，也可以按需要設計成專用的，這樣的結構重量輕、以按需要設計成專用的，這樣的結構重量輕、焊縫少。焊縫少。 如設如設計成鑄計成鑄-焊結構、鍛焊結構、鍛-焊結構、栓焊結構、栓-焊結構、沖焊結構、沖壓壓-焊接結構等。焊接結構等。68/

53、2532. 焊接結構設計的基本要求焊接結構設計的基本要求 所設計的焊接結構應當滿足下列基本要求：所設計的焊接結構應當滿足下列基本要求： 焊接結構必須達到產品所要焊接結構必須達到產品所要求的使用功能和預期效果。求的使用功能和預期效果。 焊接結構在使用期內必須安焊接結構在使用期內必須安全可靠全可靠, 受力必須合理，能滿足靜載強度、疲受力必須合理，能滿足靜載強度、疲勞強度、韌性、剛度、穩(wěn)定性、抗振性和耐蝕勞強度、韌性、剛度、穩(wěn)定性、抗振性和耐蝕性等各方面的要求。性等各方面的要求。69/253金屬材料應具有良好的焊接金屬材料應具有良好的焊接性能，焊接結構必須能夠方便的進行焊接操性能，焊接結構必須能夠方

54、便的進行焊接操作，能夠進行焊前預加工和必要的焊后處理，作，能夠進行焊前預加工和必要的焊后處理，也具有焊接與檢驗操作的可達性。此外，焊也具有焊接與檢驗操作的可達性。此外，焊接結構設計也應考慮機械化和自動化焊接的接結構設計也應考慮機械化和自動化焊接的要求。要求。制造焊接結構時，所消耗的制造焊接結構時，所消耗的原材料、能源和工時應最少，其綜合成本盡原材料、能源和工時應最少，其綜合成本盡可能低。可能低。70/253 對一個具體焊接產品來說，這些基對一個具體焊接產品來說，這些基本要求必須統(tǒng)籌兼顧，它們之間的關系本要求必須統(tǒng)籌兼顧，它們之間的關系是：是：，。 此外，在可能的條件下此外，在可能的條件下。 7

55、1/2533. 焊接結構設計的基本方法焊接結構設計的基本方法 對于大型復雜的焊接結構設計，一般分為對于大型復雜的焊接結構設計，一般分為、和和三個工作階段。其中最重三個工作階段。其中最重要的確定焊接結構形狀和尺寸的任務是在技術設計階要的確定焊接結構形狀和尺寸的任務是在技術設計階段完成。段完成。，設計方法有，設計方法有和和，焊接結構設計目前大量采用的仍，焊接結構設計目前大量采用的仍然是傳統(tǒng)設計方法，如許用應力設計法；大型或重要然是傳統(tǒng)設計方法，如許用應力設計法；大型或重要的焊接結構設計，逐漸采用現(xiàn)代設計方法中的可靠性的焊接結構設計，逐漸采用現(xiàn)代設計方法中的可靠性設計法；隨著計算機和有限元方法的發(fā)展

56、，對于焊接設計法；隨著計算機和有限元方法的發(fā)展，對于焊接結構局部細節(jié)，已經開始采用有限元數(shù)值模擬輔助設結構局部細節(jié)，已經開始采用有限元數(shù)值模擬輔助設計方法。計方法。 72/253 許用應力設計方法又稱安全系數(shù)設計法或許用應力設計方法又稱安全系數(shù)設計法或常規(guī)定值設計法，是以滿足工作能力為基本要常規(guī)定值設計法，是以滿足工作能力為基本要求的一種設計方法。對于一般用途的構件，設求的一種設計方法。對于一般用途的構件，設計時需要滿足的強度條件或剛度條件分別為：計時需要滿足的強度條件或剛度條件分別為： 73/253 許用應力、許用變形和許用安全系數(shù)許用應力、許用變形和許用安全系數(shù)一般由國家工程主管部門根據(jù)安

57、全和經濟的一般由國家工程主管部門根據(jù)安全和經濟的原則，按照材料的強度、載荷、環(huán)境情況、原則，按照材料的強度、載荷、環(huán)境情況、加工質量、計算精確度和構件的重要性等予加工質量、計算精確度和構件的重要性等予以確定。以確定。 在我國，鍋爐、壓力容器、起重機、在我國，鍋爐、壓力容器、起重機、鐵路車輛、橋梁等行業(yè)都在各自的設計規(guī)范鐵路車輛、橋梁等行業(yè)都在各自的設計規(guī)范中確定了各種材料的許用應力、許用變形和中確定了各種材料的許用應力、許用變形和許用安全系數(shù)。許用安全系數(shù)。 74/253 在機械工程中可靠性設計是保證機械及零部在機械工程中可靠性設計是保證機械及零部件滿足給定可靠性指標的一種機械設計方法。件滿足

58、給定可靠性指標的一種機械設計方法。 與上述許用應力設計法不同，與上述許用應力設計法不同，。因而其設計結果更符合實際，。因而其設計結果更符合實際，做到既安全可靠而又經濟。對于重要的機械或要做到既安全可靠而又經濟。對于重要的機械或要求質量小、可靠性高的構件都應采用這種設計法。求質量小、可靠性高的構件都應采用這種設計法。 75/253 可靠性設計是一門新興學科，目前正處在積可靠性設計是一門新興學科，目前正處在積極發(fā)展和完善階段，設計所需的呈分布狀態(tài)的各極發(fā)展和完善階段，設計所需的呈分布狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)，有些還須試驗、采集和積累。種數(shù)據(jù)，有些還須試驗、采集和積累。 在我國，按照在我國，按照GB50017

59、2003規(guī)定，工業(yè)與民用房屋和一般構筑物的鋼規(guī)定，工業(yè)與民用房屋和一般構筑物的鋼結構設計，除疲勞強度計算外，應采用以概率理結構設計，除疲勞強度計算外，應采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，這是為了保證所論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，這是為了保證所設計的構件能滿足預期可靠度要求，必須使載荷設計的構件能滿足預期可靠度要求，必須使載荷引起在構件截面或連接中的應力效應小于或等于引起在構件截面或連接中的應力效應小于或等于其強度設計值。其強度設計值。 76/253 上述兩種方法都屬于數(shù)學中的解析方法，適上述兩種方法都屬于數(shù)學中的解析方法，適用于焊接結構的整體形狀和尺寸的設計。對于焊接用于焊接結構的整體形

60、狀和尺寸的設計。對于焊接結構的局部細節(jié)來說，計算起來繁瑣而又不準確。結構的局部細節(jié)來說，計算起來繁瑣而又不準確。 近年來，有限元數(shù)值模擬方法在焊接結構設計近年來，有限元數(shù)值模擬方法在焊接結構設計中的應用得到快速發(fā)展，逐漸形成了獨具特色的有中的應用得到快速發(fā)展，逐漸形成了獨具特色的有限元數(shù)值模擬輔助設計法。與許用應力設計法或可限元數(shù)值模擬輔助設計法。與許用應力設計法或可靠性設計方法共同使用，彌補了這兩種方法的細節(jié)靠性設計方法共同使用，彌補了這兩種方法的細節(jié)問題處理的不足，使得焊接結構更加安全可靠。問題處理的不足，使得焊接結構更加安全可靠。77/253 采用有限元數(shù)值模擬輔助設計方法來分析采用有限